Analysis of long-term monitoring of autotransformer neutral currents

Abstract

The Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences together with the Polar Geophysical Institute is carrying out research concerning the effect of geomagnetic storms on the state of electrical networks and transformer substations on the Kola Peninsula and in Karelia. A regional system for monitoring currents in transformer neutral was created which collected a huge array of information on the influence of geomagnetic disturbances on a 800 km electric network. Overhead transmission lines are giant antennas that capture electromagnetic energy of any nature from the surrounding space. An analysis of the data accumulated over many years shows that in the current of a grounded neutral there are reliable responses to a wide range of electromagnetic phenomena on the Earth and in the near-Earth space: pulsed and quasisinusoidal pulsations of the geomagnetic field, extremely-low frequency components of artificial signals, lightning discharges and internal transients in the power system. To identify phenomena, a visual method is used to analyze the time and spectral characteristics of signals, which takes a long time and is rather subjective. There is always the possibility that some important, previously unidentified phenomena will go unnoticed. The paper describes the characteristic features of signals detected in neutral currents of power transformers. Algorithms of digital signal processing that can be used to create programs for automatic analysis of large data sets have been considered. To the greatest extent, numerical methods based on wavelet expansion and Fourier transform are suitable for studying nonsteady signals of a complex structure.

Кольский научный центр РАН совместно с Полярным геофизическим институтом проводит работы по исследованию влияния геомагнитных бурь на состояние электрических сетей и трансформаторных подстанций на Кольском полуострове и в Карелии. Создана региональная система мониторинга токов в нейтралях трансформаторов, собравшая значительный массив информации о влиянии геомагнитных возмущений на электрическую сеть протяженностью 800 км. Воздушные линии электропередачи являются гигантскими антеннами, улавливающими из окружающего пространства электромагнитную энергию любой природы. Анализ накопленных за многие годы данных показывает, что в токе заземленной нейтрали присутствуют достоверные отклики на широкий спектр электромагнитных явлений на Земле и в околоземном пространстве: импульсные и квазисинусоидальные пульсации геомагнитного поля, крайне низкочастотные составляющие сигналов искусственного происхождения, разряды молний и внутренние переходные процессы в энергосистеме. Для идентификации явлений используется визуальный метод анализа временных и спектральных характеристик сигналов, который занимает много времени и является достаточно субъективным. Всегда существует вероятность, что останутся незамеченными какие-либо важные, ранее не идентифицированные явления. В статье описаны характерные особенности сигналов, обнаруженных в токах нейтрали силовых трансформаторов. Рассмотрены алгоритмы цифровой обработки сигналов, которые могут быть использованы для создания программ автоматического анализа больших массивов данных. В наибольшей степени для исследования нестационарных сигналов сложной структуры подходят численные методы, основанные на вейвлет-разложении и преобразовании Фурье.